“植物細胞質壁分離實驗”探究與改進

付靜

[摘 要]“質壁分離實驗”非常有利于學生對實驗材料優缺點的理解和掌握，學生若在初學該實驗時能從不同角度探究實驗材料及處理方法并進行相關的實驗改進，既能取得良好的實驗效果，又能在高考中做到游刃有余，且能有效培養實驗設計能力。

[關鍵詞]實驗改進； 質壁分離實驗；材料；試劑；結果

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）17-0094-02

“教育要為學生的終身發展奠基”是教育改革的重要指導思想，新課程理念下的實驗教學要著眼于以學生的全面發展為本的培養目標。在實驗教學中，要將知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個維度的教學目標看作一個整體，利用實驗教學所特有的實踐功能，培養學生發現問題后自主學習、自主思考、自主判斷并自主解決問題的能力，以及實事求是的科學態度和良好的合作精神。

近幾年的生物高考題中，對學生實驗能力的考查在逐步提升，學生只有切實掌握實驗原理及實驗材料、試劑、方案的選擇等才能在高考中做到游刃有余。我在教學人教版高中生物必修1《分子與細胞》第四章第一節“植物細胞的吸水與失水”實驗中的“質壁分離實驗”時，發現該實驗非常有利于學生對實驗材料優缺點的理解和掌握，因此，我引導學生從不同角度探究實驗材料、試劑等及其處理方法，對實驗進行有效改進，從而提高學生實驗設計能力。

一、實驗材料方面

要達到質壁分離的實驗目的，首先要弄清實驗原理。當我們把成熟的植物活細胞放在對細胞無毒害作用的溶液中時，如果液泡中的細胞液濃度小于外界溶液的濃度，細胞液中的水分子就會發生滲透作用，通過原生質層擴散到外界溶液中，使細胞壁和原生質層都出現一定程度的收縮。由于細胞壁比原生質層的伸縮性小，當滲透作用使植物細胞不斷失水時，細胞壁就會與原生質層逐漸分離，即植物細胞發生了質壁分離。反之，植物細胞可以逐漸發生質壁分離復原，也就是說只要是成熟的植物細胞處在一定濃度的溶液中就可以構成滲透系統發生質壁分離現象。課本上采用的實驗材料是紫色洋蔥鱗片葉外表皮，具有明顯的紫色大液泡，能方便地觀察到質壁分離現象。

在實驗課前，我讓學生進行實驗預習，讓學生自主選擇身邊容易獲得的植物材料并帶到實驗課上來進行實驗探究。這讓學生產生了極大的興趣和參與感，他們帶到實驗課上的實驗材料五花八門，從水果蔬菜到花草樹木，應有盡有。除了課本推薦的紫色洋蔥鱗片葉外表皮外，還有白色洋蔥鱗片葉外表皮、洋蔥根尖、菠菜葉、油麥菜葉、番茄、水綿、黑藻、紫鴨跖草葉、月季花瓣、馬齒莧的紫色莖、白茉莉花瓣、柳樹葉等。我先把學生帶來的實驗材料按照顏色的深淺分成兩大組：有色組和無色組，并組織學生討論以這兩組實驗材料做實驗所采用的實驗方法是否不同。學生很快得出結論：要觀察到無色組實驗材料的質壁分離現象，需要使用對細胞無毒害作用的帶有一定色彩的試劑來處理材料，這樣通過觀察到原生質層與細胞壁之間的空隙充滿有色的外界溶液即可證明細胞發生了質壁分離。同時細心的學生還指出有色組實驗材料也可以分成兩種：一種是液泡內帶有顏色的，如紫色洋蔥鱗片葉外表皮、月季花瓣、馬齒莧的紫色莖；另一種是液泡內無色，但細胞內含有葉綠體，使細胞內液泡外呈現出顏色的，這兩種材料用無色的試劑（如蔗糖溶液）處理即可觀察到質壁分離現象。

二、實驗試劑方面

選擇到合適的實驗材料后，要觀察到質壁分離現象還需要選擇合適的試劑。能使植物細胞發生質壁分離的試劑有很多，只要對細胞沒有毒害作用并保證細胞一直處于生活狀態即可。課本上使用的試劑是0.3 g/mL的蔗糖溶液，但用0.3 g/mL的蔗糖溶液做分離試劑存在不足，一是蔗糖溶液滲透性差，細胞發生質壁分離的速度較慢，現象不明顯；二是蔗糖溶液容易粘在顯微鏡的物鏡鏡頭和載物臺上，很難擦拭干凈，會降低儀器的使用效果和壽命；三是蔗糖溶液中容易滋生細菌等微生物，為避免實驗試劑變質而造成的浪費要現用現配，不能長期保存。我讓學生聯系實驗原理思考有哪些生物學實驗中常用的試劑可以代替蔗糖溶液，學生討論后提出可以用乙醇、硝酸鉀溶液、氯化鈉溶液等做替代試劑。并且引導學生在總結出“選擇試劑種類的同時要考慮試劑的濃度”的結論。試劑的濃度會影響植物細胞質壁分離的速度，試劑濃度越大，植物細胞發生質壁分離的速度越快，但試劑濃度過大，植物細胞會因失水過多而死亡，導致無法復原；而所用試劑濃度過小，會造成植物細胞不易失水，影響對質壁分離實驗現象的觀察。

認識到試劑的選擇對實驗成敗的重要性后，我向學生推薦了6%的氯化鈉溶液，用6%的氯化鈉溶液作為質壁分離試劑來替代蔗糖溶液，不但經濟實用， 能長期保存，不會因試劑變質而造成浪費，而且氯化鈉溶液不容易沾在載物臺和物鏡鏡頭上，減少對實驗器材的損耗；并且氯化鈉溶液引起植物細胞發生質壁分離的起始時間短，現象明顯，對植物細胞損害很小，不影響學生對質壁分離復原的觀察。

三、實驗結果方面

確定好使用的實驗試劑后，按照學生選擇實驗材料的不同組織學生分組開展實驗，并進行組間交流，分享實驗成果。通過不同小組之間實驗結果的比較分析， 學生發現自己選擇的各種實驗材料盡管效果不同， 但都能發生質壁分離現象，并得出了以下結論。

第一，水綿、黑藻材料可以直接制作裝片，簡單易操作， 而且借助葉綠體觀察原生質層的縮小效果十分明顯，很容易看到質壁分離現象。紫鴨跖草、馬齒莧的表皮比洋蔥鱗片葉外表皮容易撕取得多，而且細胞較大，便于觀察。以上這些材料在北方隨處可見，是做質壁分離實驗的理想材料，被學生戲稱為“最佳質壁分離之星”。

第二，實驗材料不同，細胞內的含水量也不同， 使用相同濃度的氯化鈉溶液所引發的質壁分離所需時間也有差別，細胞內含水量越高， 質壁分離速度越快。即使是同一種實驗材料，不同部位的細胞內含水量也不盡相同，在同一片視野內觀察到的細胞的質壁分離程度可能不同。

在“質壁分離實驗”的探究和改進中，學生勤于思考、自主探究，充分發揮了主體作用。由于實驗材料種類繁多，我讓學生按材料分組實驗，在提高課堂教學效率的同時讓學生分工合作，使所有學生都能參與進來，培養了學生團結協作的精神和動手能力。最后根據實驗現象，小組之間通過交流討論得出相關結論，培養了學生歸納總結的能力和語言表達能力，既開闊了學生的視野， 也激發了學生的學習興趣，達到了有效開展實驗教學的目的。

綜上可知，實驗教學在新課程改革中起著重要的橋梁和紐帶的作用。全新的實驗教學模式不能只以學生死記書本知識為目標，要做到學習知識、思維訓練、人格健全同步發展，即實現將三維目標融為一體的實驗教學。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 趙占良.高中生物課程標準教材探究活動的設計和教學建議[J].生物學教學，2007（6）：24-26.

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2007.

（責任編輯 黃春香）